Chi ha detto che servono gli occhi per vedere? Acropora tenuis se ne infischia delle convenzioni biologiche e ha sviluppato un sistema visivo che utilizza la chimica dell’oceano come strumento di percezione. Mentre noi umani dipendiamo da complessi apparati ottici, questo corallo “vede” attraverso ioni di cloruro che preleva dall’ambiente marino.
Una scoperta che non solo mette in discussione tutto quello che sapevamo sulla visione, ma potrebbe anche spiegare come i coralli riescano a sopravvivere ai cambiamenti climatici modificando la loro sensibilità alla luce.
Acropora tenuis, la vista impossibile
Il team dell’Università Metropolitana di Osaka ha pubblicato su pubblicato su eLife una ricerca che capovolge le nostre certezze sulla fotorecezione animale. Akihisa Terakita, professore della Graduate School of Science e uno degli autori principali, spiega come i coralli del genere Acropora abbiano trovato una soluzione elegante a un problema che sembrava irrisolvibile.
Le opsine sono proteine che tutti gli animali utilizzano per percepire la luce. Normalmente, queste proteine hanno bisogno di aminoacidi carichi negativamente per funzionare correttamente. È una regola così basilare che nessuno aveva mai pensato potesse esistere un’alternativa. Fino a quando non hanno studiato le opsine ASO-II di Acropora tenuis.
Il segreto sta negli ioni di cloruro (Cl-) che questi coralli prelevano direttamente dall’ambiente marino. Invece di affidarsi agli aminoacidi come fanno tutti gli altri animali, Acropora usa questi ioni inorganici per stabilizzare il legame chimico che permette di “vedere” la luce. È la prima volta che gli scienziati osservano un meccanismo del genere in natura.
Acropora e il trucco del pH
Yusuke Sakai, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Terakita e primo autore dello studio, ha fatto una scoperta ancora più sorprendente:
“Abbiamo scoperto che gli ioni di cloruro stabilizzano la base di Schiff più debolmente rispetto agli aminoacidi, quindi l’opsina può passare reversibilmente dalla sensibilità alla luce visibile a quella UV a seconda del pH”.
Tradotto in parole semplici: Acropora può cambiare tipo di vista in tempo reale. Quando l’ambiente diventa più acido (pH basso), le sue opsine percepiscono la luce visibile. Quando diventa più basico (pH alto), passa agli ultravioletti. Un po’ come se noi potessimo decidere di vedere a infrarossi semplicemente bevendo un bicchiere d’acqua diversa.
Questo meccanismo di commutazione potrebbe avere un’importanza ecologica enorme. I coralli vivono in simbiosi con alghe microscopiche che producono nutrienti attraverso la fotosintesi. Durante questo processo, le alghe modificano il pH all’interno delle cellule coralline. Come dimostrano anche altri studi recenti sui sistemi di illuminazione per coralli, la sensibilità luminosa di Acropora potrebbe adattarsi in tempo reale all’attività fotosintetica delle alghe partner.
Acropora apre nuove strade biotecnologiche
La scoperta va ben oltre la biologia marina. Mitsumasa Koyanagi, professore dell’Università Metropolitana di Osaka e coautore dello studio, sottolinea le implicazioni pratiche:
“L’opsina ASO-II di Acropora tenuis ha dimostrato di regolare gli ioni di calcio in modo dipendente dalla luce, suggerendo potenziali applicazioni come strumento optogenetico la cui sensibilità alla lunghezza d’onda cambia con il pH”.
Gli strumenti optogenetici utilizzano proteine sensibili alla luce per controllare processi cellulari con precisione spaziale e temporale. Immaginate di poter “accendere” o “spegnere” specifiche funzioni cellulari semplicemente illuminandole con colori diversi. Le opsine di Acropora potrebbero rappresentare un salto qualitativo: strumenti che cambiano automaticamente sensibilità in base alle condizioni dell’ambiente.
Per testare la loro ipotesi, i ricercatori hanno utilizzato spettroscopia avanzata, esperimenti di mutagenesi e simulazioni computazionali QM/MM. Hanno dimostrato che quando Acropora è esposto a condizioni acide, la base di Schiff diventa carica positivamente e assorbe lunghezze d’onda più lunghe, inclusa la luce visibile. In condizioni basiche, invece, assorbe principalmente UV.
Cosa impara la scienza
Questa ricerca dimostra quanto ancora ci sia da scoprire sui meccanismi di adattamento dei coralli. Come evidenziato in studi precedenti sui “super coralli”, questi organismi stanno sviluppando strategie sempre più sofisticate per affrontare i cambiamenti ambientali.
Il genere Acropora comprende oltre 149 specie ed è responsabile della costruzione di gran parte delle barriere coralline del pianeta. Sono coralli a crescita rapida, estremamente sensibili ai cambiamenti ambientali, ma evidentemente dotati di meccanismi di adattamento che stiamo solo iniziando a comprendere.
La capacità di modificare la sensibilità luminosa in base al pH potrebbe spiegare come alcuni coralli riescano a sopravvivere meglio di altri all’acidificazione degli oceani. Quando l’acqua marina diventa più acida a causa dell’assorbimento di CO2 atmosferica, Acropora potrebbe semplicemente “cambiare canale visivo” per continuare a percepire l’ambiente in modo ottimale.
Non è solo questione di sopravvivenza: è un esempio di ingegneria biologica così elegante da lasciare a bocca aperta. Mentre noi costruiamo sensori sempre più complessi per adattarci all’ambiente, Acropora ha risolto il problema usando la chimica di base dell’oceano come interruttore biologico.
La prossima volta che osservate una barriera corallina, ricordatevi che quegli organismi apparentemente immobili stanno “guardando” il mondo attraverso occhi chimici di una sofisticazione che fa impallidire i nostri migliori dispositivi ottici. E forse, proprio da loro, impareremo a costruire le tecnologie del futuro.
